專利名稱：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航接收器，尤其涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器中坐標(biāo)的測(cè)定方法。目前實(shí)務(wù)上有幾種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPQ、俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Glonass)、歐洲的伽利略((Galileo)導(dǎo)航系統(tǒng)、以及中國(guó)的北斗(Beidou)或者羅盤(Compass)定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航接收器接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器航空器(SVs)發(fā)出的信號(hào)，測(cè)量這些信號(hào)的參數(shù)，即虛擬距離和載波頻率的多普勒頻移。虛擬距離的測(cè)量通過對(duì)無線電信號(hào)副載波的相位測(cè)定來進(jìn)行，該包括有一偽隨機(jī)序列(或偽隨機(jī)碼)的副載波借助于相位調(diào)制覆迭到載波上。例如，在全球定位系統(tǒng)中，副載波是片碼速率為1.023兆赫(MHz)，周期為1毫秒(ms)的黃金碼(Gold codes)。在俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Glonass)中，副載波是一最大長(zhǎng)度序列(M sequence)，其同樣具有1毫秒周期，但是其片碼速率是511千赫(kHz)。此外，在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，于同一信號(hào)中，航空器發(fā)送有關(guān)航空器軌道的數(shù)據(jù)、板上參考振蕩頻率以及時(shí)標(biāo)(星歷數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)借助具有每秒傳送位數(shù)的相位調(diào)制于信號(hào)中傳輸，例如，在全球定位系統(tǒng)和俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，每秒傳送位數(shù) (bit-per-second, bps)為50。數(shù)據(jù)被歸類成一些有規(guī)律的重復(fù)格式。在全球定位系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)格式包括“字(word) ” (0. 6秒長(zhǎng))、“子幀 (sub-frame) ”(10 個(gè)字，6 秒長(zhǎng))、“幀(frame) ”(30 秒長(zhǎng))、以及“超幀(super-frame) ”(12. 5 分鐘長(zhǎng))。每一個(gè)子幀的第一個(gè)字包括握手字(Handover Word，HOW)，其包含星期時(shí)間(Time of Week，T0W)，握手字能夠測(cè)定測(cè)量出的虛擬距離和多普勒頻移參考所必須的，具有精確度的接收器中的時(shí)間。每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的第一、第二和第三子幀包括有星歷數(shù)據(jù)。在俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)格式包括“行” O秒長(zhǎng))、“幀”(30秒長(zhǎng))以及“超級(jí)幀”(2. 5分鐘長(zhǎng))。星歷數(shù)據(jù)被放置于每個(gè)俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀的頭四行中。每個(gè)數(shù)據(jù)行攜帶星歷數(shù)據(jù)的幾個(gè)參數(shù)。時(shí)序信息在每個(gè)數(shù)據(jù)幀第一行的tk參數(shù)中。導(dǎo)航接收器中數(shù)據(jù)的接收，從數(shù)據(jù)位邊緣的同步開始?？v然虛擬隨機(jī)噪聲碼 (Pseudo Random Noise code, PRN Code)的同步定義了碼周期(1毫秒)內(nèi)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，但是，沒有給出相應(yīng)50位速率的數(shù)據(jù)傳輸速率的20毫秒位持續(xù)時(shí)間內(nèi)位邊緣位置的信息。完成數(shù)據(jù)位同步之后，接收器開始解調(diào)數(shù)據(jù)位，借助于誤差校正碼對(duì)接收到的位進(jìn)行校驗(yàn)，把校驗(yàn)位嵌入到數(shù)據(jù)中。最后，數(shù)據(jù)碼流被譯碼以擷取出數(shù)據(jù)格式(在全球定位系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)格式為字、子幀、幀、超幀)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的航空器在大約20000公里的高度繞地球運(yùn)行。相應(yīng)地，信號(hào)從航空器到接收器典型的傳遞時(shí)間大約是60-80毫秒。因此，在80毫秒以下范圍內(nèi)，一個(gè)完整的(明確的)虛擬距離一定可以被傳遞(測(cè)量)。源于信號(hào)擷取過程的虛擬隨機(jī)噪聲碼同步完成后，即可得到1毫秒不明確(或不完整)的虛擬距離測(cè)量值。1毫秒不明確(或不完整)的虛擬距離測(cè)量值意指測(cè)量出的虛擬距離在1毫秒部分是正確的，但是并不包括為了虛擬距離完整的表現(xiàn)而必須被加到不完整(不明確)虛擬距離上的未知整數(shù)數(shù)量的1 毫秒間隔。因此，對(duì)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(全球定位系統(tǒng)、俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))信號(hào)， 同步的初始階段后，可以得到1毫秒虛擬距離。取得在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(全球定位系統(tǒng)、俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))信號(hào)中傳輸?shù)男l(wèi)星數(shù)據(jù)位的同步，允許虛擬距離明確表現(xiàn)的間隔延伸到20毫秒。如此一來，在接收器中即可取得20毫秒(仍然是不完整)的虛擬距離。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器中，至少?gòu)娜驅(qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的一個(gè)航空器接收時(shí)序數(shù)據(jù)(全球定位系統(tǒng)中為星期時(shí)間，俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中為tk)后，才進(jìn)行完整的虛擬距離測(cè)量。為了能夠進(jìn)行完整的虛擬距離測(cè)量，在接收器中進(jìn)行數(shù)據(jù)位同步和時(shí)序數(shù)據(jù)的接收需要花費(fèi)一定的時(shí)間。花費(fèi)時(shí)間的多少有賴于接收器的特性和接收信號(hào)的環(huán)境條件。大概地，取得位同步的時(shí)間可能從一秒的一小部分到幾秒。相比之下，時(shí)序數(shù)據(jù)通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)航空器(全球定位系統(tǒng)中為星期時(shí)間，俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中為tk)的傳輸有一個(gè)重復(fù)周期，在全球定位系統(tǒng)中該重復(fù)周期為6秒，在俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中為 30秒。除此之外，有鑒于于接收器中接收開始的隨機(jī)性和應(yīng)用，通常，為了改善接收器中數(shù)據(jù)的可靠性，會(huì)進(jìn)行一些附加數(shù)據(jù)的檢測(cè)，即使在無障礙的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收環(huán)境條件下(強(qiáng)信號(hào))，也可能試驗(yàn)性地花費(fèi)10-40秒從事時(shí)序數(shù)據(jù)的接收。在有障礙的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收環(huán)境條件下，例如室內(nèi)、或者郊外的峽谷，信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)下降可能導(dǎo)致為得到完整虛擬距離而花費(fèi)的時(shí)間成倍增加，或者甚至根本就不可能得到完整虛擬距離。與此同時(shí)，即便是弱信號(hào)，模糊虛擬距離通?？梢酝ㄟ^接收器被測(cè)量，且星歷數(shù)據(jù)可以從替代來源(alternate sources)中獲得。例如在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，接收器旨在追蹤交通工具，交通工具即將運(yùn)行的整段時(shí)間內(nèi)的星歷數(shù)據(jù)可以預(yù)先植入接收器中。另一個(gè)例子是目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器內(nèi)部星歷表的長(zhǎng)期(幾天時(shí)間)預(yù)測(cè)技術(shù)。如此一來，在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器中采用不完整的(模糊的)虛擬距離對(duì)接收器定位是當(dāng)前重大的一個(gè)問題。美國(guó)專利第7，535，414號(hào)公開了一種解決這個(gè)問題的方法，其假設(shè)在計(jì)算導(dǎo)航接收器的坐標(biāo)時(shí)，通過將不完整虛擬距離測(cè)量值的不確定因子列入預(yù)估參數(shù)的向量來解決不完整虛擬距離測(cè)量值的不確定因子問題。并且，使用多普勒測(cè)量來獲取接收器坐標(biāo)的初始近似值和被選航空器參考信號(hào)的虛擬距離測(cè)量不確定因子數(shù)值。只有當(dāng)用以計(jì)算虛擬距離的不確定因子整數(shù)數(shù)值的精確度達(dá)至明確，虛擬距離的不確定因子整數(shù)數(shù)值才能被固定。 這種方法的缺陷可被列舉如下其計(jì)算比較復(fù)雜；需要形成額外的虛擬距離差異測(cè)量組合；計(jì)算涉及到一個(gè)大的矩陣；以及極可能解決不完整虛擬距離的不確定因子需要多套一般的時(shí)間測(cè)量，這可能導(dǎo)致固定全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的第一坐標(biāo)所需的時(shí)間增加。與傳統(tǒng)的具有完整虛擬距離的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)計(jì)算方法相比，這些缺陷顯得此方法相當(dāng)復(fù)雜。美國(guó)專利第6，417，801號(hào)公開了另外一種方法，其通過將測(cè)量時(shí)間的修正加入到預(yù)估參數(shù)的向量，以解決不完整虛擬距離的不確定因子問題。測(cè)試所有可能的不確定因子整數(shù)組合，通過最小化殘差的標(biāo)準(zhǔn)選出適合的一個(gè)。然而，該方法盡管簡(jiǎn)單，也存在顯著的缺陷。一方面，必須獲得足夠準(zhǔn)確的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的初始坐標(biāo)信息，例如從移動(dòng)通信基地臺(tái)。這意味著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器接收這數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。另一方面，為了找到允許使用該方法計(jì)算全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)的這些坐標(biāo)，需要橫跨這套初始坐標(biāo)進(jìn)行一個(gè)很長(zhǎng)的搜索。這搜索包括從一些可能的初始近似值的組合計(jì)算出模范虛擬距離值，到真正的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)值，這是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)測(cè)定中一個(gè)最資源密集型的過程。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的，在于提供一種應(yīng)用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)中的快速、精確的坐標(biāo)測(cè)定方法。其沒有上述悉知技術(shù)方法中的缺陷，也就是，與具備完整虛擬距離的坐標(biāo)測(cè)定相比，其不需要附加外部信息，不需要冗長(zhǎng)的橫跨虛擬距離測(cè)量的不確定因子的搜索，亦不需要很復(fù)雜的計(jì)算結(jié)構(gòu)。本發(fā)明得到的技術(shù)結(jié)果是在航空器信號(hào)的時(shí)間修正數(shù)據(jù)的譯碼時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)定全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)是不可能的，因此，對(duì)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)時(shí)間標(biāo)度測(cè)量的精確時(shí)間標(biāo)記是不存在的，且該測(cè)量是不完整的，也就是，該測(cè)量是以1毫秒模數(shù)或20毫秒模數(shù)完成。本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)移動(dòng)接收器的測(cè)定坐標(biāo)方法，其中該接收器接收和處理的多個(gè)信號(hào)來自于多個(gè)航空器，該方法基于所述處理，執(zhí)行虛擬距離與多普勒頻移的測(cè)量，擷取星歷數(shù)據(jù)，以及根據(jù)所述的測(cè)量值來測(cè)定全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的一坐標(biāo)，包含以下步驟步驟一由該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的一初始坐標(biāo)的一誤差δ以定義一模糊模數(shù)N;步驟二 隨著該模糊模數(shù)大于或者等于N，對(duì)多個(gè)測(cè)量的虛擬距離進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)該虛擬距離計(jì)數(shù)不足以進(jìn)行該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)測(cè)定時(shí)，由多個(gè)多普勒測(cè)量值調(diào)節(jié)該初始坐標(biāo)，調(diào)節(jié)之后，基于一初始的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)、一測(cè)量時(shí)間的初始近似值以及該星歷數(shù)據(jù)，按后續(xù)步驟執(zhí)行全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)計(jì)算的迭代過程；步驟三計(jì)算多個(gè)模擬的虛擬距離值、多個(gè)虛擬距離殘差以及一衍生矩陣，該虛擬距離殘差定義為多個(gè)測(cè)量值與以模數(shù)N毫秒取模得到的多個(gè)模擬值之間的一偏差，而該衍生矩陣系通過多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)而得；步驟四通過于該多個(gè)虛擬距離殘差的多個(gè)計(jì)算值上增加或者減去N毫秒進(jìn)行該多個(gè)虛擬距離殘差的最小化，最小化處理后，隨著該多個(gè)虛擬距離測(cè)量值，按后續(xù)步驟執(zhí)行該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)計(jì)算的迭代過程；步驟五由該模糊模數(shù)N限度之內(nèi)可能的該多個(gè)殘差的所有組合、由該多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)而得的該衍生矩陣及該多個(gè)殘差的所有組合中的一最小化修正值集計(jì)算該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的多個(gè)坐標(biāo)修正值。步驟六通過該多個(gè)虛擬距離殘差與該衍生矩陣計(jì)算全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)的多個(gè)修正值；以及
步驟七將該多個(gè)修正值加到該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的該坐標(biāo)上；當(dāng)?shù)谝淮蔚鷷r(shí)，步驟四之后，執(zhí)行步驟五和步驟七，在后續(xù)的迭代中，步驟四之后，執(zhí)行步驟六和步驟七，當(dāng)該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的該多個(gè)坐標(biāo)修正值變得足夠小， 以能滿足該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)計(jì)算所需的精確度時(shí)，迭代中斷；否則，返回到步驟三，然后，當(dāng)由最后一次迭代所得的該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)移動(dòng)接收器的該坐標(biāo)被認(rèn)為是起點(diǎn)時(shí)，進(jìn)一步的迭代被完成。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉若干較佳實(shí)施例，并配合附圖，做詳細(xì)說明于后。


圖1是使用本發(fā)明方法的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器主要部分的模塊框圖；圖2是使用本發(fā)明方法的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的相關(guān)器引擎的模塊框圖；圖3是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器中傅立葉變換的時(shí)序特征圖；圖4是本發(fā)明方法的其中一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)流程圖；圖5是本發(fā)明方法操作的邏輯順序流程圖；其中，附圖標(biāo)記說明如下天線1.1模擬前端1.2
參考振蕩器1.3數(shù)位降頻器1.4
信號(hào)內(nèi)存1.5相關(guān)器引擎1.6
頻域引擎1.7累加內(nèi)存1.8
處理器1.9數(shù)據(jù)接口1.10
數(shù)控振蕩器碼2.1虛擬隨機(jī)噪聲碼產(chǎn)生器2.2
混碼器2.3數(shù)控振蕩器載波2.4
載波混合器2.5同相累加器2.6
正交累加器2.7觀測(cè)載波寄存器2.8觀測(cè)虛擬距離寄存器 2.9
具體實(shí)施例方式參閱圖1所示的模塊原理圖，將通過對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器功能解釋的例子對(duì)本發(fā)明方法的最佳實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的描述。模擬前端1. 2放大、轉(zhuǎn)換為中頻、選擇以及數(shù)字化，也就是將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為一序列數(shù)字取樣信號(hào)，通過天線1. 1被收集的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)航空器信號(hào)。并且，模擬前端1. 2利用來自參考振蕩器1. 3的信號(hào)，參考振蕩器1. 3 的信號(hào)還提供全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的時(shí)標(biāo)信號(hào)。數(shù)字降頻器1. 4通過處理器1. 9的控制將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)取樣轉(zhuǎn)換為基頻，通常還執(zhí)行一些附加的處理，例如信號(hào)干擾抑制、改變?nèi)勇?例如取樣優(yōu)化)、附加數(shù)字濾波?；l轉(zhuǎn)換的取樣儲(chǔ)存于信號(hào)內(nèi)存1.5 中。取樣寫入信號(hào)內(nèi)存1. 5的速率必須與所選信號(hào)的頻寬相匹配，且滿足通常被接受的尼奎斯特(Nyquist)定理。因此，對(duì)于虛擬隨機(jī)噪聲碼的片碼率接近1兆赫的全球定位系統(tǒng) C/A信號(hào)，其合成數(shù)字取樣的速率必須至少不低于2兆赫。取樣從信號(hào)內(nèi)存1. 5中被讀到相關(guān)器引擎1. 6中的速率高于寫入信號(hào)內(nèi)存1. 5中的速率。如此一來，對(duì)不同信號(hào)參數(shù)假設(shè)的多個(gè)相關(guān)系數(shù)累加的加速即完成，這是對(duì)弱的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行有效處理過程所需的。相關(guān)器引擎1.6中獲得的相關(guān)系數(shù)累加被儲(chǔ)存于累加內(nèi)存1.8中。頻域引擎1.7 將序列的相關(guān)系數(shù)累加變換為信號(hào)功率的光譜。本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述頻域引擎1.7 采用快速傅立葉變換(FFT)。作為所述頻域引擎1.7中的一個(gè)變換例子，可以使用一個(gè)64 點(diǎn)的快速傅立葉變換。功率光譜的中間儲(chǔ)存系于累加內(nèi)存1.8中完成。模塊1.9控制全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的操作和各種算法的執(zhí)行以及計(jì)算步驟，其包括有一個(gè)處理器，該處理器具有相關(guān)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以及使外部數(shù)據(jù)能通過數(shù)據(jù)接口 1. 10進(jìn)行傳送的據(jù)接口控制器。在本發(fā)明的一個(gè)可行的實(shí)施例中，相關(guān)器引擎1.6包括多個(gè)并行的相關(guān)器通道。 如圖2所示為一個(gè)相關(guān)器通道的例子。從信號(hào)內(nèi)存1. 5中讀取的信號(hào)取樣2. 10饋入混碼器2. 3的輸入端。數(shù)控振蕩器碼2. 1和數(shù)控振蕩器載波2. 4根據(jù)來自處理器1. 9，包括有信號(hào)復(fù)本的頻率與相位的控制信號(hào)2. 11及2. 12生成本地復(fù)本信號(hào)成分。數(shù)控振蕩器碼2. 1 產(chǎn)生的復(fù)本信號(hào)成分通過虛擬隨機(jī)噪聲碼產(chǎn)生器2. 2進(jìn)入混碼器2. 3，而數(shù)控振蕩器載波 2. 4產(chǎn)生的復(fù)本信號(hào)成分直接進(jìn)入載波混合器2. 5?；齑a器2. 3的輸出連接到載波混合器 2. 5的第二輸入端。載波混合器2. 5中的多個(gè)乘法結(jié)果饋入同相累加器2. 6和正交累加器 2. 7，生成相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息(累加)2. 13，2. 14。從數(shù)控振蕩器碼2. 1，虛擬隨機(jī)噪聲碼產(chǎn)生器 2. 2和載波混合器2. 4中得到的當(dāng)前值分別鎖存入觀測(cè)虛擬距離寄存器2. 9和觀測(cè)載波寄存器2.8中，相應(yīng)地，其輸出為虛擬距離2. 16和多普勒測(cè)量值2. 15。虛擬距離2. 16是一個(gè)以1毫秒取模的不完整虛擬距離。基于相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息(累加)2. 13,2. 14，執(zhí)行數(shù)據(jù)位邊緣的同步化和數(shù)據(jù)接收與譯碼(數(shù)據(jù)格式的譯碼)。接收和儲(chǔ)存星歷數(shù)據(jù)系通過處理器1. 9 來完成。接收器中全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)的同步化階段參見圖3的時(shí)序圖所示。在圖3所示時(shí)間標(biāo)度中，從接收器接通3. 1開始，開始進(jìn)行如下的階段信號(hào)擷取(虛擬隨機(jī)噪聲碼同步)3. 5，數(shù)據(jù)位同步化3. 6，數(shù)據(jù)接收和譯碼3. 7。在航空器信號(hào)的數(shù)據(jù)位同步階段期間，可得到不完整的1毫秒虛擬距離測(cè)量值。 在航空器信號(hào)的數(shù)據(jù)接收和譯碼階段期間，即事件3. 3之后，事件3. 4之前，可以得到對(duì)這些航空器信號(hào)的不完整的20毫秒虛擬距離測(cè)量值。事件3. 4之后，能夠得到完整的虛擬距離測(cè)量值。當(dāng)獲得足夠數(shù)目的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)航空器信號(hào)不完整虛擬距離測(cè)量值，和這些航空器的星歷數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明方法即可實(shí)現(xiàn)于取得完整虛擬距離之前獲得定位解決方案。從圖3所示的時(shí)序圖中可以看出，從接收器接通直到具有完整虛擬距離的第一固定定位的時(shí)間間隔(TTFF，Time-t0-First Fix)，即從一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)航空器中接收星期時(shí)間(全球定位系統(tǒng))或tk (俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))信號(hào)的事件3. 4之前[cl]， 包括數(shù)據(jù)位同步(3.6)的時(shí)間，其可以達(dá)到幾秒，以及數(shù)據(jù)的接收和譯碼3.7(關(guān)于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)時(shí)間信息)的時(shí)間，其可以達(dá)到，舉例而言，10-40秒。另一方面，具有1毫秒虛擬距離的第一固定定位的時(shí)間間隔通過到達(dá)事件3. 2的時(shí)間間隔來定義。鑒于現(xiàn)代的接收器中信號(hào)的擷取(虛擬隨機(jī)噪聲碼同步)時(shí)間可能更短，例如，取決于信號(hào)的強(qiáng)度和接收器的位置與時(shí)間的先驗(yàn)信息的質(zhì)量，從1秒的小部分到數(shù)秒的單元，很清楚地，使用不完整虛擬距離測(cè)量進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)定與使用完整虛擬距離相比，可數(shù)倍減少第一固定定位的時(shí)間間隔。本發(fā)明的重點(diǎn)如圖4數(shù)據(jù)流程圖所示。如上所述，測(cè)量多普勒效應(yīng)4. 1是于相關(guān)器引擎1. 6中完成。虛擬距離測(cè)量值4. 9的測(cè)量虛擬距離4. 2基于從相關(guān)器引擎1. 6接收到的1毫秒虛擬距離、在步驟3. 6中獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)位邊緣同步的信息以及數(shù)據(jù)接收和譯碼步驟3. 7中獲得的星期時(shí)間(全球定位系統(tǒng))或tk (俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))，于處理器1. 9中完成。據(jù)此，獲得不完整的1毫秒、20毫秒虛擬距離或者完整的虛擬距離。值得注意的是，多普勒效應(yīng)測(cè)量和虛擬距離測(cè)量永遠(yuǎn)伴隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器內(nèi)部時(shí)標(biāo)的時(shí)間點(diǎn)。依據(jù)先驗(yàn)坐標(biāo)與時(shí)間4. 14的誤差，從所有的虛擬距離測(cè)量值4. 9中選出適當(dāng)?shù)奶摂M距離測(cè)量值4. 16 [c2]。星歷數(shù)據(jù)4. 10從提供星歷數(shù)據(jù)模塊4. 3進(jìn)入虛擬距離殘差計(jì)算模塊4. 5。星歷數(shù)據(jù)4. 10在數(shù)據(jù)接收與譯碼步驟3. 7中被接收，或者是從替代來源接收。例如在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中，接收器旨在追蹤交通工具，交通工具即將運(yùn)行的整段時(shí)間內(nèi)的星歷數(shù)據(jù)可以預(yù)先植入接收器中。另一個(gè)例子是目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器內(nèi)部星歷表的長(zhǎng)期(幾天時(shí)間)預(yù)測(cè)技術(shù)。更精確的坐標(biāo)和時(shí)間初始近似值4. 11是于初始調(diào)節(jié)器4. 4中由多普勒測(cè)量值 4. 8、星歷表數(shù)據(jù)4. 10和先驗(yàn)坐標(biāo)與時(shí)間4. 14計(jì)算而得，該更精確的初始近似值4. 11進(jìn)一步被儲(chǔ)存于模塊4. 7中。利用選定虛擬距離測(cè)量值4. 16及調(diào)節(jié)過的坐標(biāo)與時(shí)間初始近似值4. 11，加上星歷數(shù)據(jù)4. 10，完成虛擬距離殘差計(jì)算4. 5。由來自模塊4. 5的虛擬距離殘差值4. 12，進(jìn)行時(shí)間與坐標(biāo)的修正值4. 13的計(jì)算 4. 6。于模塊4. 7中，完成坐標(biāo)和時(shí)間的修正請(qǐng)求以及儲(chǔ)存全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)和時(shí)間。圖5的流程圖表示出了本發(fā)明方法的應(yīng)用步驟。如前所述，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器接收并處理來自航空器的信號(hào)，從而為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的航空器測(cè)量不完整的1毫秒、20毫秒虛擬距離、完整的虛擬距離、多普勒頻移，并提供星歷數(shù)據(jù)。一般而言，接收器中存在有關(guān)先驗(yàn)坐標(biāo)與時(shí)間4. 14的信息，該信息通常伴隨著定位誤差δ的估計(jì)。由已接收并處理過的L個(gè)航空器信號(hào)，于模塊5. 1中完成虛擬距離與多普勒頻移的測(cè)量，以及星歷數(shù)據(jù)的提供。在模塊5. 2中，按如下方法由定位誤差δ計(jì)算模糊模數(shù)N(毫秒)，δ < 150公里時(shí)，N = 1 ；150公里彡δ < 3000公里時(shí)，N = 20。在模塊5. 3中，對(duì)于大于或等于N的模糊模數(shù)，選擇M個(gè)虛擬距離。邏輯模塊5. 4 進(jìn)行檢測(cè)判斷虛擬距離數(shù)量M是否已足夠計(jì)算接收器的坐標(biāo)。在模塊5. 5中，使用如下修正向量Δβ，由多普勒測(cè)量值調(diào)節(jié)初始位置。
權(quán)利要求
1.一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的測(cè)定坐標(biāo)方法，其中該接收器接收和處理的多個(gè)信號(hào)來自于多個(gè)航空器，該方法執(zhí)行虛擬距離與多普勒頻移的測(cè)量，擷取星歷數(shù)據(jù)，以及根據(jù)該測(cè)量來測(cè)定全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的一坐標(biāo)，包含以下步驟步驟一由該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的一初始坐標(biāo)的一誤差δ以定義一模糊模數(shù)N；步驟二 以大于或者等于N的多個(gè)模糊模數(shù)，對(duì)多個(gè)測(cè)量的虛擬距離進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)該虛擬距離計(jì)數(shù)不足以進(jìn)行該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)測(cè)定時(shí)，由多個(gè)多普勒測(cè)量值調(diào)節(jié)該初始坐標(biāo)，調(diào)節(jié)之后，基于一初始的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)、一測(cè)量時(shí)間的初始近似值以及該星歷數(shù)據(jù)，按后續(xù)步驟執(zhí)行全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)計(jì)算的迭代過程；步驟三計(jì)算多個(gè)模擬的虛擬距離值、多個(gè)虛擬距離殘差以及一衍生矩陣，該虛擬距離殘差為多個(gè)測(cè)量值與以該模糊模數(shù)N毫秒取模得到的多個(gè)模擬值之間的一偏差，而該衍生矩陣通過多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)而得；步驟四通過于該多個(gè)虛擬距離殘差的多個(gè)計(jì)算值上增加或者減去N毫秒進(jìn)行該多個(gè)虛擬距離殘差之最小化，最小化處理后，隨著該多個(gè)虛擬距離測(cè)量值，按后續(xù)步驟執(zhí)行該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)計(jì)算的迭代過程；步驟五由該模糊模數(shù)N限度的內(nèi)該多個(gè)殘差的所有組合、由該多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)而得的該衍生矩陣及該多個(gè)殘差的所有組合中的一最小化修正值集計(jì)算該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的多個(gè)坐標(biāo)修正值；步驟六透過該多個(gè)虛擬距離殘差與該衍生矩陣計(jì)算全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)的多個(gè)修正值；以及步驟七將該多個(gè)修正值加到該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的該坐標(biāo)上；其中，當(dāng)?shù)谝淮蔚鷷r(shí)，步驟四之后，執(zhí)行步驟五和步驟七，在后續(xù)的迭代中，步驟四之后，執(zhí)行步驟六和步驟七，當(dāng)該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的該多個(gè)坐標(biāo)修正值變得足夠小以滿足該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器坐標(biāo)計(jì)算所需的精確度時(shí)，迭代中斷；否則，返回到步驟__ ο
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)由最后一次迭代所得的該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)移動(dòng)接收器的該坐標(biāo)被認(rèn)為是起點(diǎn)時(shí)，后續(xù)的迭代完成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟一由該全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的該初始坐標(biāo)誤差δ定義該模糊模數(shù)N，當(dāng)δ值在150千米以下時(shí)，N等于1毫秒；當(dāng)δ值從150 千米到3000米時(shí)，N等于20毫秒。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟二如果從該多個(gè)多普勒測(cè)量值上調(diào)節(jié)該初始坐標(biāo)不成功，則完成新的虛擬距離和多普勒測(cè)量、以及數(shù)據(jù)擷取；如果調(diào)節(jié)成功，則步驟一、步驟二循環(huán)執(zhí)行，直到以該多個(gè)個(gè)等于或大于N的模糊模數(shù)進(jìn)行虛擬距離測(cè)量而得到的坐標(biāo)測(cè)定變得合理。
全文摘要
本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)移動(dòng)接收器的坐標(biāo)測(cè)定方法，包括處理來自航空器(space vehicles，SVs)的訊號(hào)，即進(jìn)行虛擬距離和都卜勒頻移的測(cè)量、擷取星歷數(shù)據(jù)，根據(jù)所述測(cè)量值測(cè)定全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器的坐標(biāo)。
文檔編號(hào)G01S19/42GK102193095SQ20111003093
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者尼克萊·米凱洛夫, 瑟吉·波斯佩洛夫, 米凱爾·科羅斯多夫 申請(qǐng)人:開曼晨星半導(dǎo)體公司, 晨星半導(dǎo)體股份有限公司, 晨星法國(guó)有限公司, 晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司